礦用漏電保護(hù)器的設(shè)計(jì)

　　由于附加直流源的檢測(cè)方法無選擇性，不易尋找故障點(diǎn)，而且會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工作面停電。而零序功率選擇性漏電保護(hù)方法則可克服這一缺點(diǎn)。因?yàn)?，在總開關(guān)上使用時(shí)，如果總線路發(fā)生漏電故障，則整個(gè)工作面都停止供電;而在分開關(guān)上采用時(shí)，當(dāng)供電支路上發(fā)生漏電故障時(shí)，就只對(duì)該支路停止供電，其他支路正常工作。本文即以兩分支的電網(wǎng)系統(tǒng)為例來介紹該漏電保護(hù)器的軟硬件實(shí)現(xiàn)方案。

　　1 檢測(cè)原理及方法

　　1.1 附加直流源的漏電檢測(cè)

　　電網(wǎng)若發(fā)生漏電故障，最容易檢測(cè)到的是電網(wǎng)各相對(duì)地絕緣電阻的下降。因此，可以在三相電網(wǎng)中附加一個(gè)獨(dú)立的直流電源，使之作用于三相電網(wǎng)與大地之間。這樣，在三相對(duì)地的絕緣電阻上將有直流電流流通。有效檢測(cè)該電流大小的變化，就能直接反應(yīng)電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻的變化。因此，有效檢測(cè)和利用該電流，就可以構(gòu)成附加直流檢測(cè)式漏電保護(hù)。圖1所示是其附加直流源電路，其中，附加直流電源的檢測(cè)通

　　道依次為：直流電源正端、Rs、大地、電網(wǎng)絕緣電阻、三相電網(wǎng)、三相電抗器、R、直流電源負(fù)端。

　　其系統(tǒng)中的檢測(cè)電流I可由式(1)求得：

　　式中，R(L)為三相電抗器每相線圈的直流電阻，RE為接地電阻，r∑為三相電網(wǎng)對(duì)地的總絕緣電阻(r∑=r/3)。

　　事實(shí)上，式(1)中，僅r∑為變量，因此，檢測(cè)電流I就可直接反應(yīng)電網(wǎng)的絕緣情況。取樣電阻上的電壓為：

　　三相電網(wǎng)對(duì)地的總絕緣電阻可由下式計(jì)算：

　　電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，根據(jù)式(3)可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)絕緣電阻的連續(xù)監(jiān)測(cè)。當(dāng)人身觸電或發(fā)生漏電故障使r達(dá)到裝置動(dòng)作設(shè)定值時(shí)，電路可迅速將電源切除。另外，即使電網(wǎng)的絕緣電阻均勻下降，仍可將此故障現(xiàn)象檢測(cè)出來，這是附加直流電源漏電保護(hù)的一大優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于總饋電開關(guān)而言，它已經(jīng)能滿足漏電保護(hù)的要求。但是，利用附加直流電源實(shí)現(xiàn)的漏電保護(hù)裝置不具備選擇性，當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生漏電故障時(shí)，該裝置都會(huì)無選擇性地動(dòng)作。

　　1.2 零序功率選擇性漏電保護(hù)原理

　　選擇性漏電保護(hù)是利用零序電壓與零序電流的相位判別原理來完成的。當(dāng)電網(wǎng)某一相發(fā)生漏電時(shí)，故障支路的零序電流與非故障支路的零序電流相位相反，相對(duì)零序電壓而言，故障支路零序電流滯后90度，而非故障之路零序電流則超前90度。其相位圖如圖2所示。

　　本文所采用的方法是將零序電壓相位向后移90度，以使故障支路的零序電流信號(hào)與移相后的電壓信號(hào)同相，而非故障支路的零序電流與移相后的電壓信號(hào)則反相。由此可見，根據(jù)零序電壓和零序電流的方向，即可判斷出故障支路，從而采用保護(hù)措施。

2 硬件設(shè)計(jì)

　　本文以二分支井下電網(wǎng)為例來進(jìn)行說明。其電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。本方案在總開關(guān)中使用附加直流源原理，而在分支1和分支2中均采用選擇性漏電保護(hù)原理來對(duì)開關(guān)進(jìn)行保護(hù)。

　　2.1 附加直流源漏電保護(hù)設(shè)計(jì)

　　圖1中，附加直流源的輸出信號(hào)為U1，將U1的值通過線性光耦以及調(diào)理電路后送入AD采樣，再通過單片機(jī)對(duì)其電壓大小進(jìn)行判斷，這樣，當(dāng)發(fā)生漏電時(shí)，絕緣電阻降低，U1的值增大，從而可根據(jù)U1的值來判斷是否漏電。

　　2.2 選擇性漏電保護(hù)設(shè)計(jì)

　　礦用低壓饋電開關(guān)的選擇性漏電保護(hù)是指當(dāng)?shù)V井低壓電網(wǎng)中某條支路的某一相發(fā)生人身觸電、單相對(duì)地放電或單相對(duì)地漏電流時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)檢測(cè)出漏電故障并作用于跳閘，從而有選擇性地切斷故障線路，但仍可保證非故障線路安全運(yùn)行的保護(hù)設(shè)施。

　　圖4所示為零序功率方向式選擇性漏電保護(hù)系統(tǒng)的原理示意圖。當(dāng)電網(wǎng)漏電時(shí)，可由取樣電路分別從電網(wǎng)中取出零序電壓信號(hào)和零序電流信號(hào)，然后經(jīng)放大整形，再由過零比較電路來判斷故障支路，最后啟動(dòng)執(zhí)行電路，以切斷故障支路的電源，實(shí)現(xiàn)有選擇性的漏電保護(hù)。零序功率方向式選擇性漏電保護(hù)方式具有很強(qiáng)的橫向選擇性，可以選擇性地進(jìn)行漏電保護(hù)。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　軟件系統(tǒng)可用于實(shí)現(xiàn)對(duì)主開關(guān)和分開關(guān)的選擇。它通過單片機(jī)控制外部電路，以便在主漏電電路和分漏電電路之間進(jìn)行切換，從而在一套系統(tǒng)上兼容主開關(guān)和分開關(guān)功能，同時(shí)可發(fā)出漏電故障報(bào)警并控制顯示電路。其系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。

　　系統(tǒng)上電后，軟件可首先對(duì)其進(jìn)行初始化，以完成一些標(biāo)志位的清零和單片機(jī)的初始化;接下來對(duì)開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行判斷，只有在開關(guān)出于合閘狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)才進(jìn)行漏電檢測(cè)，然后判斷是主開關(guān)還是分開關(guān)，以便根據(jù)不同的開關(guān)調(diào)用不同的漏電子程序，一旦系統(tǒng)發(fā)生漏電故障，則發(fā)出分閘動(dòng)作信號(hào)，并控制外部開關(guān)，立即切斷電網(wǎng)供電。

　　4 結(jié)束語

　　本文提出了一種基于附加直流源檢測(cè)原理和零序功率選擇性漏電保護(hù)原理的礦用漏電保護(hù)器的設(shè)計(jì)方法，該方法達(dá)到了漏電保護(hù)的準(zhǔn)確性和可靠性要求。事實(shí)上，目前的方法還有旁路接地式、無附加電源直流檢測(cè)式等類型。設(shè)計(jì)時(shí)可以研究各式方法，以便取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而更好地保護(hù)礦井下的饋電安全。